一种系留剖面潜标外挂式偏降控制装置

摘要

本发明公开了一种系留剖面潜标外挂式偏降控制装置，用于水下剖面系留潜标，当水下潜标进行水下测量时，可以随心所欲地控制潜标在水下的深度，使潜标能够在定点全剖面获得水下环境参数；采用模块式结构，各个部件在结构上单独成为一体，相互之间预留安装接口，拆卸方便，维修简单；本发明装置衡重参数为零浮力，安装在潜标的压力中心后，不影响潜标在水下的衡重参数，因此控制参数可以在实验室进行设定；本发明具有适应各种潜标外形安装接口，能够方便地实现与不同外形的潜标的对接。

说明书

技术领域

本发明属于系留剖面浮标水下深度定位技术领域，具体涉及一种系留剖面潜标外挂式偏降控制装置。

背景技术

传统水下剖面潜标主要是一个密封体，具备一定的正浮力，密封体内安装海洋探测的测量系统，如噪声测量系统，海洋环境要素测量系统(包括海流剖面测量仪ADCP，声学海流计及温盐压传感器，自容式温深(TD)测量仪，自容式温盐深(CTD)测量仪)，大容量电池，海量数据采集存储器，北斗卫星通讯系统，以及锚泊系留，实现水面舰船、水下目标、各级海况海洋环境噪声(海洋动物、降雨、台风等)的实时测量，可为国防、海洋研究和海产养殖业等信息平台提供可移动、持久的测量数据。

系留剖面潜标的偏降量只与系留索长、水流流速等参数有关，只有水流发生变化时，偏降随之发生改变。因此，由于潜标所处水深的局限性，使得潜标测量数据存在很大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种系留剖面潜标外挂式偏降控制装置，可以灵活控制潜标的偏降。

一种系留剖面潜标外挂式偏降控制装置，包括执行机构(3)、导流尾翼(5)、主动升翼(10)、被动升翼(7)、升翼连动环(8)以及两个升翼轴安装座和两个传动轴；主动升翼(10)和被动升翼(7)固定在潜标(1)外壳上，且处于圆筒形外壳的同一直径上；外壳上安装主动升翼(10)、被动升翼(7)位置分别固定连接有一个升翼轴安装座，传动轴一端伸入到升翼轴安装座中，并可相对升翼轴安装座转动，两个传动轴的另一端分别固连主动升翼(10)和被动升翼(7)；执行机构(3)用于驱动主动升翼(10)相对于水平面产生偏转；被动升翼(7)和主动升翼(10)通过环形的升翼连动环(8)连接；导流尾翼(5)安装在主动升翼(10)和被动升翼(7)中间。

进一步的，执行机构(3)包括驱动电机和传动机构，驱动电机通过传动机构驱动主动升翼(10)一侧的传动轴转动，由此带动主动升翼(10)偏转。

较佳的，执行机构(3)安装在主动升翼(10)下方。

进一步的，被动升翼(7)下方安装有为驱动电机供电的电源(6)。

较佳的，整个偏降控制器的控制硬件电路(4)安装在被动升翼(7)下方。

较佳的，安装升翼轴安装座(13)的位置，潜标(1)的壳体上套装有环形密封箍(9)，密封箍(9)的中心与潜标(1)的压力中心重合；导流尾翼(5)、升翼轴安装座(13)、执行机构(3)、电源(6)、控制硬件电路(4)通过密封箍(9)与剖面潜标(1)壳体对接。

较佳的，驱动电机、电源(6)、控制硬件电路(4)之间的连接通过电缆线穿过密封箍(9)的内腔实现。

进一步的，两个升翼轴安装座(13)上各安装有一个系留活连环(12)；活连环(12)分别连接系留三叉索(14)的两个索头，第三个索头通过系留索(15)与系留锚(16)连接。

进一步的，所述控制硬件电路(4)用于：用压力传感器测得的剖面潜标的水中位移作为控制器的输入参数，再经过解算输出给驱动电机，驱动主动升翼(10)和被动升翼(7)的升角变化，使潜标(1)的位移变化。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明用于水下剖面系留潜标，当水下潜标进行水下测量时，可以随心所欲地控制潜标在水下的深度，使潜标能够在定点全剖面获得水下环境参数；

2.本发明采用模块式结构，各个部件在结构上单独成为一体，相互之间预留安装接口，拆卸方便，维修简单；

3.本发明装置衡重参数为零浮力，安装在潜标的压力中心后，不影响潜标在水下的衡重参数，因此控制参数可以在实验室进行设定；

4.本发明具有适应各种潜标外形安装接口，能够方便地实现与不同外形的潜标的对接。

附图说明

图1为本发明偏降控制器在潜标上安装结构组成详细示意图；

图2为本发明偏降控制器的剖面图；

图3为本发明偏降控制器中系留座连接结构示意图；

图4为本发明系留索系统布局侧视图；

图5为本发明系留索系统布局俯视图；

图6为本发明偏降控制器闭环控制框图；

其中，1-剖面潜标、2-偏降控制器、3-执行机构、4-控制硬件电路、5-导流尾翼、6-电源、7-被动升翼、8-升翼连动环、9-密封箍、10-主动升翼、11-传动轴、12-系留活连环、13-升翼轴安装座、14-系留三叉索、15-系留索、16-系留锚。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

为了使潜标在水下得到用户要求的位移，如图1所示，本发明在水下系留剖面浮标1上外挂偏降控制装置2，实现潜标1的偏降控制，以满足用户的要求。

如图1所示，本发明的外挂式偏降控制装置2固定在剖面潜标1的压力中心，外挂式偏降控制装置2具有零浮力或小的正浮力，不影响潜标1的衡重参数。如图2所示，偏降控制装置包括执行机构3、导流尾翼5、主动升翼10、被动升翼7、升翼连动环8、升翼轴安装座13和传动轴11。主动升翼10和被动升翼7固定在潜标1外壳上，且处于圆筒形外壳的同一直径上。如图3所示，外壳上固定连接有升翼轴安装座13，传动轴11一端伸入到升翼轴安装座13中，并可相对升翼轴安装座13转动，传动轴11另一端固连主动升翼10；执行机构3用于驱动主动升翼10相对于水平面产生偏转。固定被动升翼7的外壳的一侧也安装有一套升翼轴安装座13和传动轴11；被动升翼7和主动升翼10通过环形的升翼连动环8连接，当主动升翼10偏转时，带动升翼连动环8偏转，由此带动被动升翼7偏转。

其中，执行机构3包括驱动电机和传动机构，驱动电机通过传动机构驱动连接的传动轴11转动，由此带动主动升翼10偏转。执行机构3安装在主动升翼10下方。被动升翼7下方安装有为驱动电机等供电的电源6。整个偏降控制器的控制硬件电路4也安装在被动升翼7下方。导流尾翼5安装在主动升翼10和被动升翼7中间。

在安装升翼轴安装座13的位置，潜标1的壳体上套装有环形密封箍9，密封箍9的中心与潜标1的压力中心重合；导流尾翼5、升翼轴安装座13、执行机构3、电源6、控制硬件电路4通过密封箍9与剖面潜标1壳体对接；驱动电机、电源6、控制硬件电路4之间的连接通过电缆线穿过密封箍9的内腔实现。

为了方便安装，两个升翼轴安装座13上各安装有一个系留活连环12；活连环12分别连接系留三叉索14的两个索头，第三个索头通过系留索15与系留锚16连接。潜标1系留在水下，如图4，图5所示，没有海流时，系留索15是直线状态，存在海流时，系留索15呈悬链线，潜标1在竖直方向有下降距离而形成偏降。

为了得到系留一定剖面的海洋数据，用压力传感器测得的剖面潜标的水中位移作为控制器的输入参数，再经过控制器解算输出给驱动电机，驱动两个升翼的升角变化，使剖面潜标的位移变化，至此形成一个潜标位移闭环控制系统。最终得到潜标要求的水深，实现不同水下深度的海洋环境参数测量。

参见附图6，本控制系统为一闭环系统，输入为设定偏降位移，输出为潜标1位移，通过深度传感器采样得到潜标1位移参数，然后反馈到输入端与设定输入进行比较，得出偏差，按照偏差值通过控制器模型解算出控制参数输出，驱动电机将控制输出参数作为输入而进行工作，从而实现闭环控制。

硬件实现：

电路包括压力传感器、采样器、数字运算器、功率放大器、电机、电源等器件；

软件实现：

软件包括PID控制器、时钟控制、深度控制等控制；

控制流程包括：

布放回收控制：在布放潜标之前和潜标回收之后，所有控制处于休眠状态，只有参数设定和数据回收时控制器处于唤醒状态。

剖面深度控制：根据测量要求，潜标深度与时间的匹配关系，控制潜标测量深度和测量持续时间。

防止打捞控制：潜标布放后，由于潜标每隔一段时间就要付出水面与卫星通讯，为了防止外人特别是渔民打捞潜标，一般情况下控制潜标在晚上浮出水面与卫星通讯。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。